an toàn quá trình trong công nghệ hóa học

6-5. Hãy tính UFL của bài 6-3a tại áp suất 1 atm, 5 atm, 10 atm, và 20 atm.
6-6. Hãy tính LFL và UFL bằng cách sử dụng nồng độ hệ số tỷ lượng cho khí metan,
propylene,ethyl ête, và acetone. Hãy so sánh với giá trị thực tế.
6-7. Hãy tính LOC của propan, hydro và metan.
6-8. Xác định LOC của hỗn hợp 2% hexan, 3% propane, và 2% methane bởi khối lượng.
6-33. Acetone được sử dụng như dung môi trong phòng thí nghiệm. Có một số lo ngại về tai họa
cháy liên quan đến acetone. Để giải pháp là pha loãng acetone nguyên chất với nước, do đó
cung cấp điểm bốc cháy tăng lên. Phần mol của nước trong hỗn hợp nước axeton gì cần tìm
để tăng điểm bốc cháy của hỗn hợp đến 100 ° F? Acetone hòa tan hoàn toàn trong nước.
6-34. Ta đã được chuyển nhượng nhiệm vụ hỗ trợ việc di chuyển tới phòng điều khiển mới cho
quá trình của ta. Phòng điều khiển mới sẽ được thiết kế để giữ vững áp suất dư bùng nổ 2
psi. Sự chú ý của ta điều tiêu

vào bể chứa khí propan nằm 100 m từ địa điểm dự kiến của
phòng điều khiển mới. Khối lượng tối đa của propan là gì (kg) có thể được lưu trữ trong bể
chứa này không vượt quá áp suất dư của phòng điều khiển? Hãy chắc chắn rằng ta khẳng
định bất kỳ giả thiết được sử dụng trong tính toán của ta.
6-35. Chất lỏng rượu methyl được bảo quản trong bể chứa. Hơi của nó được trơ nitơ tổng áp suất
2 trong áp kế nước. Hơi trơ sẽ dễ cháy nếu nó thoát khỏi bể chứa?Giả sử nhiệt độ 25° C.
6-36. Vẽ một biểu đồ dễ cháy cho n-butan. Bằng báo cáo thí nghiệm của n-butan là 12%. Nồng độ
oxy gì phải được giảm xuống trước khi bơm trong butan? Nồng độ butan gì phải được hơi
nước giảm xuống trước khi bơm không khí vào bể chứa trước khi nó ra khỏi cơ quan dịch
vụ?


L
LL
Lời gi
i gii gi
i giải
ii

i






Theo đẳng thức 6 – 6

20,6 ( log 1)
p
LFL UFL P
= + +
mà P : MPa , 1 atm = 0,101325 Mpa
Theo bài 6 – 3 UFL = 13,6%

1 atm = 0,101325 Mpa
13,5 20,6 ( log 0,101325 1)
13,61776222%
p
UFL = + + =

5 atm = 0,506625 Mpa
13,5 20,6 ( log 0,506625 1)
28, 01654431%
p
UFL = + + =

10 atm = 1,01325
13,5 20,6 ( log1,01325 1)

34, 21776222%
p
LFL = + + =

20 atm = 2,0265
6
–

5

13,5 20, 6(log 2,0265 1)
40, 41898013%
p
UFL = + + =
Vậy UFL tăng lên theo áp suất


 Methane ( CH
4
) :
4 2 2 2
2 2
CH O CO H O
+ → +

Theo đẳng thức 6 – 9 , m = 1 , x = 4 , y = 0 thế vào đẳng thức 6 – 10 và 6 – 11
55
4.76 1,19 2,38 1
LFL
m x y

=
+ − +

350
4.76 1,19 2,38 1
UFL
m x y
=
+ − +

Trong tr
ườ
ng h
ợ
p m
ẫ
u th
ứ
c này
đượ
c cho b
ở
i
55
4,76.1 1,19.4 2
5, 228136882
,
%
38.0 1
LFL = =

+ − +

350
4,76.1 1,19.4 2
33, 26996198
,
%
38.0 1
UFL = =
+ − +

Giá tr
ị
th
ự
c t
ế
t
ừ
ph
ụ
l
ụ
c B là 5% và 15 %. UFL d
ự

đ
oán không t
ố
t l

ắ
m.

Propylene CH
3
CH=CH
2
:
3 6 2 2 2
9
3 3
2
C H O CO H O
+ → +
3, 6, 0
55
LFL 2,453167 %
4,76.3 1,19.6 2,38.0 1
350
UFL 15, 611062%
4,76.3 1,19.6 2,38.0 1
m x y
= = =
= =
+ − +
= =
+ − +

Giá tr
ị

th
ự
c t
ế
t
ừ
ph
ụ
l
ụ
c B là 2,0% và 11,0 %.

Ethyl ether
3 2 2 3 4 10 2 2
: 6 4 2 5
CH CH OCH CH C H O O CO H O
+ → +

4, 10, 1
55
1,860622 %
4,76.4 1,19.10 2,38.1 1
350
11,840325%
4,76.4 1,19.10 2,38.1 1
m x y
LFL
UFL
= = =
= =

+ − +
= =
+ − +

Giá tr
ị
th
ự
c t
ế
t
ừ
ph
ụ
l
ụ
c B là 1,9 % và 48 %.

Acetone
3 6
C H O
:

3, 6, 1
55
2,744511%
4,76.3 1,19.6 2,38.1 1
350
17, 465070 %
4,76.3 1,19.6 2,38.1 1

m x y
LFL
UFL
= = =
= =
+ − +
= =
+ − +

6
–

6

Giá tr
ị
th
ự
c t
ế
t
ừ
ph
ụ
l
ụ
c B là 2,6 % và 12,8 %.

Phương pháp dự đoán là hợp lý trong một số trường hợp và rất xấu ở trường
hợp khác. Không phải là rất đáng tin cậy cho các ứng dụng thực tế.

2
2 2 2
%
%
( )
4 2 2
n x z
Mole O
LOC LFL
Mole fuel
x y x
C H O n O nCO H O
= ×
+ + − → +


Propane C
3
H
8
:
3, 8, 0
2,1
8
( ) 3 0 5
4 2 4

( 2,1% ).5 10,5%
n x y
LFL
x y
n
LOC
= = =
=
+ − = + − =
= =

So v
ớ
i th
ử
nghi
ệ
m LOC 11,5 % trong b
ả
ng 6 – 2 trang 239

Hydro H
2
:
4%
0, 2, 0
2
( n ) 0 0 0,5
4 2 4
( 4%).0,5 2%

TFL
n x y
x y
LOC
=
= = =
+ − = + − =
= =

So v
ớ
i th
ử
nghi
ệ
m LOC 11,5 % trong b
ả
ng 6 – 2 trang 239

Methane CH
4
:

5%
1, 4, 0
4
( n ) 1 0 2
4 2 4
(5% ).2 10%
TFL

n x y
x y
LOC
=
= = =
+ − = + − =
= =

So v
ớ
i th
ử
nghi
ệ
m LOC 12 % trong b
ả
ng 6 – 2 trang 239








6
–

7

H
ỗ
n h
ợ
p 2 % hexane, 3 % propane và 2 % mathane.
Tr
ướ
c h
ế
t, tính LFL c
ủ
a h
ỗ
n h
ợ
p. Nh
ậ
n
đượ
c LFLs t
ừ
ph
ụ
l
ụ
c B.
Lo
ạ
i Giá tr

ị
% s
ố
l
ượ
ng Giá tr
ị
% ch
ấ
t cháy LFL
Methane 2% 28,60% 5%
Propane 3% 42,80% 2,10%
Hexane 3% 28,60% 1,20%

Tính toán h
ỗ
n h
ợ
p LFT

100 100
2,00
28, 6 42,8 28,6
49,9
5 2,1 1, 2
LFT = = =
+ +

Vi
ế

t ph
ả
n
ứ
ng cân b
ằ
ng hóa h
ọ
c c
ủ
a t
ừ
ng lo
ạ
i

4 2 2 2
5 2 2
6 14 2 2 2
2
: 2 2
Propan
19
ex :
e : 8 6
2
5
6 7
Methane CH O CO H O
CH O C

ane C H O
O H O
H
CO H O
+ → +
+
→ +
→ +
+

Thành ph
ầ
n d
ự
ki
ế
n bình th
ươ
ng

6 14 2
4 2
5 2
: 0, 286 0,572
Propa
ex : 0, 286 2,71
ne : 0,428 3, 424
7
Methane CH O Sp
CH

ane C H O Sp
O Sp
H
+ →
+ →
+ →

Thêm ph
ả
n
ứ
ng

4 5 12 6 14 2
0,286 0, 428 0, 286C 6, 713
CH C H H O Sp
+ + + →

Nhiên li
ệ
u
2
6,713
O Sp
+ →

Sau
đ
ó, theo bài ví d
ụ

6 – 6
LOC = ( 2,00 % ) .6,713 = 13,4 %
Cách ti
ế
p c
ậ
n khác th
ườ
ng
đượ
c s
ử
d
ụ
ng là s
ử
d
ụ
ng LOC c
ủ
a lo
ạ
i tinh khi
ế
t v
ớ
i giá tr
ị
th
ấ

p
nh
ấ
t t
ừ
b
ả
ng 6-3

: 12%
Propane : 11,5
e
%
x : 12 %
Me
ane
thane
H

Đ
i
ề
u này k
ế
t qu
ả
là 11,5%

T
ừ
ph
ụ
l
ụ
c B, nhi
ệ
t
độ

đ
i
ể
m b
ố
c cháy cho acetone tinh khi
ế
t là
-18
o
C = 0
o
F =460
o
R = 256 K

2940, 46

ln ( ) 16, 6513
35, 93
sat
P
T
= −
−

6
–

8

6
–

33


T : K

P
sat
: mmHg
 Ở
256 K

2940, 46
ln ( ) 16, 6513 3, 290
256 35,93

26,84
sat
sat
P
P mmHg
= − =
−
⇒ =


 Ở
100
o
F = 560
o
R = 311 K
2940,46
ln ( ) 16, 6513 5,961
311 35,93
388
sat
sat
P
P mmHg
= − =
−
⇒ =

S
ử

d
ụ
ng
đị
nh lu
ậ
t Raoult

26,84 (388)
0,069
sat
p x P
x
x
=
=
⇒
=

Đây là 6,9% phần mol toluen. Có lẽ quá loãng.




B
ể
ch
ứ
a khí propane là
đượ

c
đặ
t 100 m t
ừ
phòng
đ
i
ề
u khi
ể
n. Cái gì là t
ố
i
đ
a. kho propane
để

d
ẫ
n
đế
n áp su
ấ
t d
ư
2 psi t
ạ
i phòng
đ
i

ề
u khi
ể
n?
Các áp su
ấ
t d
ư
quy mô
đượ
c xác
đị
nh t
ừ
d
ẳ
ng th
ứ
c 6-25
0
2
0,136
14,7
s
a
P
psi
P
P psi
= = =

Theo hình 6 – 23 Trang 268,
1/3
11 /
e
z m kg
=

Theo
đẳ
ng th
ứ
c 6 – 21,
1/3 1/3
1/3
100
9,091
11 /
TNT
e
r m
m kg
z m kg
= = =
3
(9, 09) 751
TNT
m kg
= = c
ủ
a

TNT

Dùng
đẳ
ng th
ứ
c 6 – 24
để
tính kh
ố
i l
ượ
ng propane
Theo ph
ụ
l
ụ
c B, giá tr
ị
c
ấ
p nhi
ệ
t c
ủ
a propane th
ấ
p, 2043,1 /
c
H kJ mol

∆ =
Đố
i v
ớ
i propane
,
3 8
: 44 0,044 /
C H MW kg mol
= =

TNT TNT
C
m E
m
H
η
=
∆

gi
ả
thi
ế
t và hi
ệ
u su
ấ
t bùng n
ổ

5% , do
đ
ó
0,05
η
=

6
–

34

Theo sách giáo khoa
4686 /
TNT
E kJ kg
=
Th
ế
vào:
( 751 ) ( 4686 / )
1516
( 0,05)( 2043,1 / ) (1 / 0, 044 )
kg TNT kJ kg TNT
m kg propane
kJ mol mol kg
= =
Không có propane quá nhi
ề
u! K

ế
t qu
ả
s
ẽ
khác nhau tùy thu
ộ
c vào s
ự
l
ự
a ch
ọ
n hi
ệ
u su
ấ
t bùng n
ổ
.



Methanol l
ỏ
ng trong b
ể
ch
ứ
a v

ớ
i h
ơ
i bão hòa. Tr
ơ
nit
ơ
t
ổ
ng áp su
ấ
t 2 trong áp k
ế
n
ướ
c. Nó s
ẽ

đượ
c d
ễ
cháy n
ế
u h
ơ
i thoát ra và hòa tr
ộ
n v
ớ
i không khí.

Cách giải quyết : Sử dụng sơ đồ tam giác để đưa ra quyết định này. Vẽ đường thẳng từ điểm này
đến diểm tinh khiết. Nếu đường đi qua khu vực dễ cháy sau đó hỗn hợp sẽ trở nên dễ cháy như nó
pha trộn với không khí.
T = 25
o
C = 298 K
Cần xác định thành phần của hơi
Từ phụ lục E, cho methanol
3626,55
ln (P ) 18,5875 4,835
34, 29
125, 9
sat
sat
T
P mmHg inch
= − =
−
⇒ =

3
2
2 4,92 10 3, 7
406,8
inch atm mmHg
−
− = = × =
T
ổ
ng áp su

ấ
t = 760 + 3,7 = 764 mmHg
Theo
đị
nh lu
ậ
t Dalton

125, 9
0,165 16,5%
764
MeOH
mmHg
y MeOH
mmHg
= = =

Theo ph
ụ
l
ụ
c B c
ủ
a MeOH: LFL = 7,5 % , UFL = 36 % kh
ố
i l
ượ
ng
Theo Table 6 – 3 , LOC = 10 % Oxy
H

ệ
s
ố
t
ỷ
l
ượ
ng
3 2 2 2
3
2
2
3
2
CH OH O CO H O
z
+ → +
=

S
ử
d
ụ
ng
đẳ
ng th
ứ
c 6 – 16
1,5
100 100 60%

1 2,5
z
z
 
 
= =
 
 
+
 
 

Đ
i
ề
u này
đượ
c s
ử
d
ụ
ng
để
v
ẽ

đườ
ng h
ệ
s

ố
t
ỷ
l
ượ
ng, nh
ư

đượ
c hi
ể
n th
ị
nh
ư
hình sau. Ch
ấ
t cháy
đượ
c rút ra b
ằ
ng cách s
ử
d
ụ
ng ph
ươ
ng pháp quy
đị
nh t

ạ
i m
ụ
c 6-6 c
ủ
a v
ă
n b
ả
n.
Đ
i
ể
m
đượ
c v
ẽ

ở

16,5% MeOH và 83,5% nit
ơ
.
Đ
i
ể
m này
đượ
c th
ể

hi
ệ
n.
Đườ
ng th
ẳ
ng
đượ
c v
ẽ
t
ừ
th
ờ
i
đ
i
ể
m này t
ớ
i
không khí tinh khi
ế
t
ở
m
ứ
c 21% oxy, 79% nit
ơ
. Ta th

ấ
y,
đườ
ng này không th
ự
c s
ự

đ
i qua khu v
ự
c
d
ễ
cháy. Nh
ư
v
ậ
y, h
ơ
i s
ẽ
tr
ở
nên d
ễ
cháy.

6
–

3
5





Đố
i v
ớ
i buthane, LOC = 12 % oxy
Theo ph
ụ
l
ụ
c B, LFL = 1,8 % , UFL = 8,5 % buthane trong không khí
H
ệ
s
ố
t
ỷ
l
ượ
ng c
ủ
a ph
ả
n

ứ
ng
4 10 2 2 2
13
4 5
2
13
6,5
2
C H O CO H O
z
+ → +
= =

S
ử
d
ụ
ng
đẳ
ng th
ứ
c 6 – 19
6,5
100 100 86,7
1 7,5
z
z
 
 

= =
 
 
+
 
 

6
–

3
6


Đ
i
ề
u này
đượ
c s
ử
d
ụ
ng
để
v
ẽ

đườ
ng h

ệ
s
ố
t
ỷ
l
ượ
ng, nh
ư

đượ
c hi
ể
n th
ị
trên trang v
ă
n b
ả
n.
Giao
đ
i
ể
m c
ủ
a LOC v
ớ
i
đườ

ng h
ệ
s
ố
t
ỷ
l
ượ
ng
đượ
c hi
ể
n th
ị
. M
ộ
t
đườ
ng th
ẳ
ng
đượ
c v
ẽ
t
ừ
không
khí (21% oxy, 79% nit
ơ
) qua

đ
i
ể
m A v
ớ
i tr
ụ
c nhiên li
ệ
u.
Đườ
ng c
ắ
t tr
ụ
c nhiên li
ệ
u vào kho
ả
ng
3,8% buthane.
Đ
ây là n
ồ
ng
độ
n
ồ
ng
độ

buthane ph
ả
i
đượ
c gi
ả
m xu
ố
ng (
ở
m
ứ
c t
ố
i thi
ể
u) tr
ướ
c khi
b
ơ
m trong không khí.
Đ
ây là OSFC - ra d
ị
ch v
ụ
nhiên li
ệ
u tiêu hao.

Sau
đ
ó
đườ
ng th
ẳ
ng
đượ
c v
ẽ
t
ừ

đỉ
nh 100% nhiên li
ệ
u qua
đ
i
ể
m A v
ớ
i tr
ụ
c nit
ơ
. K
ế
t qu
ả

là
87,8% nit
ơ
. Nh
ư
v
ậ
y, oxy ph
ả
i gi
ả
m xu
ố
ng còn 100 - 87,8 = 12,2% tr
ướ
c khi b
ơ
m buthane.
Đ
ây
là ISOC - d
ị
ch v
ụ
n
ồ
ng
độ
oxy.
Ta c

ũ
ng có th
ể
s
ử
d
ụ
ng
đẳ
ng th
ứ
c AC - 14 và AC - 16 t
ừ
ph
ụ
l
ụ
c C
để
tính các giá tr
ị
này.

12%
4,31%
13 12
1 1
21 2 21
13
(12%)

( )
2
12,2%
13 12
100 2 100
LOC
OSFC
LOC
z
z LOC
ISOC
LOC
z
= = =
   
− −
   
   
= = =
− −

Các
đồ
h
ọ
a xác
đị
nh OSFC là 3,8% -
đ
i

ề
u này không r
ấ
t chính xác l
ắ
m do quy mô ph
ứ
c t
ạ
p
nh
ỏ
.
Đẳ
ng th
ứ
c
đ
ó c
ũ
ng g
ầ
n
đ
úng.